DE4231069A1 - Variable incident light approach according to Mirau - Google Patents
Variable incident light approach according to MirauInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft einen variablen Auflicht-Interferenzansatz nach Mirau für die Beobachtung und Messung an Objektoberflächen.The invention relates to a variable incident light approach to Mirau for observation and measurement on object surfaces.
Zu den interferenzmikroskopischen Verfahren, die unter Zuhilfenahme der Erscheinungen der Interferenz des Lichtes Aufschluß über die Mi krostruktur der Objekte geben, gehören neben der Vielstrahl-Interfe renz-Einrichtung nach Tolansky auch Zweistrahl-Interferenz-Einrichtun gen nach Michelson bzw. nach Mirau.Interference microscopic methods with the help the phenomena of interference of light shed light on the Mi In addition to the multi-beam interfe, the crostructure of the objects belong Tolansky reference device also includes two-beam interference device towards Michelson or Mirau.
Aus K. Mütze: "ABC der Optik", Verlag Werner Dausien, Hanau 1960, Sei ten 400 und 401, ist ein Auflicht-Interferenzmikroskop nach Mirau be kannt, vgl. Seite 401, rechte Spalte in Verbindung mit Abb. 2, bei dem zwischen der Frontlinse eines Auflichtobjektives und dem zu prüfenden Objekt eine teildurchlässige Fläche angeordnet ist. Außerdem weist die zum Objekt weisende Seite der Frontlinse in ihrem Zentralbe reich einen verspiegelten Fleck auf. Bei dieser bekannten Anordnung wird das einfallende Beleuchtungslicht an der senkrecht zur Mikroskop achse angeordneten teildurchlässigen Fläche in zwei Teile aufgespal ten. Ein Teil fällt nach Durchtritt durch die teildurchlässige Fläche auf das Objekt, wird dort reflektiert und durchdringt erneut die teil durchlässige Fläche und tritt schließlich wieder in die Frontlinse des Objektivs ein. Der andere Teil wird an der teildurchlässigen Fläche reflektiert, trifft sodann auf den metallisch reflektierenden Fleck, wird anschließend auf die teildurchlässige Fläche zurückgeworfen und überlagert sich nach nochmaliger Reflexion dieser Teilerfläche mit dem vom Objekt kommenden reflektierten Licht.From K. Mütze: "ABC der Optik", publisher Werner Dausien, Hanau 1960, pages 400 and 401, a reflected light interference microscope according to Mirau is known, cf. Page 401, right column in connection with Fig. 2, in which a partially transparent surface is arranged between the front lens of a reflected light lens and the object to be inspected. In addition, the side of the front lens facing the object has a mirrored spot in its central region. In this known arrangement, the incident illuminating light is split into two parts on the partially transparent surface arranged perpendicular to the axis of the microscope. A part falls on the object after passing through the partially transparent surface, is reflected there and again penetrates the partially transparent surface and finally occurs again into the front lens of the lens. The other part is reflected on the partially transparent surface, then strikes the metallic reflective spot, is then reflected back on the partially transparent surface and, after reflecting this partial surface again, overlaps with the reflected light coming from the object.
Der Nachteil dieser bekannten Anordnung besteht unter anderem darin, daß die zu untersuchenden Objekte Reflektivitäten (Reflexionswerte) aufweisen können, die in weiten Grenzen variieren. Wenn beispielsweise ein Objekt ausgemessen werden soll, das lediglich einen Reflexionswert von 5% aufweist (z. B. ein Kohle-Präparat), so können extreme Hellig keitsprobleme auftreten, da der metallisch reflektierende, verspie gelte Fleck im Vergleich zum schwach reflektierenden Kohle-Präparat eine sehr hohe Reflektivität aufweist.The disadvantage of this known arrangement is, inter alia, that the objects to be examined reflectivities (reflection values) can have, which vary within wide limits. If, for example an object is to be measured that is only a reflection value of 5% (e.g. a coal preparation) can be extremely bright Problems arise because the metallic reflective mirror apply stain in comparison to the weakly reflecting coal preparation has a very high reflectivity.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Auflicht- Interferenzansatz bereitzustellen, mit dem Objektoberflächen unter schiedlichster Reflektivitäten ohne Helligkeitsprobleme beobachtet und vermessen werden können, wodurch die Verwendung des erfindungsgemäßen Interferenzansatzes für alle praktisch in Frage kommenden Objekte ohne Einschränkungen ermöglicht wird.It is therefore the object of the present invention to provide an incident light To provide an interference approach with the object surfaces below various reflectivities observed without brightness problems and can be measured, whereby the use of the invention Interference approach for all objects in question without Restrictions.
Die Aufgabe wird bei einem Interferenzansatz der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Träger mehrere Teilerspie gel aufweist, die sich in ihren jeweiligen Reflexions-/Transmissions- Charakteristiken definitiv unterscheiden und die in Abhängigkeit von der Reflektivität des zu untersuchenden Objektes wahlweise in Wirk stellung bringbar sind.With an interference approach, the task is described above Art solved according to the invention in that the carrier multiple divider gel, which is reflected in their respective reflection / transmission Definitely distinguish characteristics and that depending on the reflectivity of the object to be examined either in effect position can be brought.
Weitere zweckmäßige Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprü chen.Further expedient configurations result from the subclaims chen.
Die Erfindung ist anhand der Fig. 1 und 2 näher erläutert. Es zei gen:The invention is explained in more detail with reference to FIGS. 1 and 2. Show it:
Fig. 1 eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Auflicht-Interferenzansatzes im Vertikal-Schnitt; Figure 1 is a schematic representation of the incident light approach to the invention in vertical section.
Fig. 2 eine Draufsicht auf die die unterschiedlichen Teilerspiegel tragende Revolverscheibe. Fig. 2 is a plan view of the turret disk carrying the different divider mirrors.
In Fig. 1 ist die Frontlinse 2 eines Objektives 1 eines nicht mit dar gestellten Mikroskops gezeigt, dessen optische Achse 3 gleichzeitig die optische Achse des erfindungsgemäßen Interferenzansatzes ist. Auf einer Glasplatte 5, die vertikal zur optischen Achse 3 angeordnet ist, befindet sich auf der zum Objektiv 1 weisenden Seite ein Referenzspie gel 6. Dabei handelt es sich um einen metallisch reflektierenden, zen tral positionierten Belag, der beispielsweise durch Aufdampfen aufge bracht werden kann. Zwischen der Glasplatte 5 und dem Objekt 4 befin det sich eine beispielsweise aus Glas bestehende Revolverscheibe 7, deren Drehachse 9 parallel zur optischen Achse 3 verläuft, aber seit lich zu dieser versetzt angeordnet ist. Auf der Revolverscheibe befin den sich - wie in Fig. 2 erkennbar - vier Teilerspiegel 8a-8d, die durch Betätigung der Revolverscheibe 7 wahlweise in Wirkstellung, also in den Bereich der optischen Achse, gebracht werden können. Die Revol verscheibe 7 zeigt vier derartige Teilerspiegel, wobei beispielsweise der Teilerspiegel 8a ein Reflexions-/Transmissions-Verhältnis (R/T- Verhältnis) von 20/80, der Teilerspiegel 8b ein R/T-Verhältnis von 35/65, der Teilerspiegel 8c ein R/T-Verhältnis von 43/57 und der Tei lerspiegel 8d ein R/T-Verhältnis von 50/50 aufweist. Natürlich ist es auch möglich, noch weitere Teilerspiegel mit speziellen R/T-Charakte ristiken auf der Revolverscheibe 7 vorzusehen.In Fig. 1, the front lens 2 of an objective 1 of a microscope is not shown, whose optical axis 3 is also the optical axis of the interference approach according to the invention. On a glass plate 5 , which is arranged vertically to the optical axis 3 , there is a reference mirror 6 on the side facing the lens 1 . It is a metal reflective, centrally positioned covering that can be applied, for example, by vapor deposition. Between the glass plate 5 and the object 4, there is, for example, a glass turret disk 7 , the axis of rotation 9 of which runs parallel to the optical axis 3 , but is arranged offset from the latter since Lich. On the turret disk there are - as can be seen in FIG. 2 - four divider mirrors 8 a - 8 d, which can be brought into the operative position, that is to say in the region of the optical axis, by actuation of the turret disk 7 . The revolver disc 7 shows four such divider mirrors, with, for example, the divider mirror 8 a having a reflection / transmission ratio (R / T ratio) of 20/80, the divider mirror 8 b having an R / T ratio of 35/65 Divider 8 c has an R / T ratio of 43/57 and the Tei lerspiegel 8 d has an R / T ratio of 50/50. Of course, it is also possible to provide further divider mirrors with special R / T characteristics on the turret disk 7 .
Die Glasplatte 5 und die Revolverscheibe 7 sind zweckmäßigerweise als separate Baueinheit ausgeführt, vgl. in Fig. 1 den Ansatz-Modul 12, wo bei die Betätigung der Revolverscheibe 7 beispielsweise derart erfol gen kann, daß der Peripher-Bereich der Revolverscheibe aus dem separa ten Ansatz-Modul-Gehäuse etwas herausragt, so daß eine manuelle Drehung durch den Bediener vorgenommen werden kann. Natürlich sind auch moto rische Verstellmittel möglich.The glass plate 5 and the turret disk 7 are expediently designed as a separate structural unit, cf. in Fig. 1, the approach module 12 , where the actuation of the turret disk 7, for example, can be such that the peripheral region of the turret disk protrudes somewhat from the separate attachment module housing, so that manual rotation by the operator can be made. Of course, motorized adjustment means are also possible.
Die Funktion der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist folgende:
Ein Be
leuchtungsstrahlenbündel 13 durchdringt nach Verlassen der Frontlinse
2 die Glasplatte 5 und wird an dem Teilerspiegel 8a in zwei Teile
aufgespalten. Der eine Teil wird reflektiert und gelangt als Referenz
strahl 10 nach Durchtritt durch die Glasplatte 5 auf den metallisch
reflektierenden Referenzspiegel 6 und wird von dort aus in Richtung
des Teilerspiegels 8a zurückreflektiert und von dort wiederum in Rich
tung der Glasplatte 5 umgelenkt. Dieser Referenzstrahlengang ist durch
die entsprechenden Pfeile in der Fig. 1 gekennzeichnet. Der andere Teil
durchdringt den Teilerspiegel 8a und trifft nach Verlassen der aus
transparentem Material bestehenden Revolverscheibe 7 auf der Oberflä
che des Objekts 4 als Objektstrahl 11 auf. Von dort gelangt er nach
Reflexion am Objekt 4 und nach Wiederdurchtritt durch die Revolver
scheibe 7 sowie den Teilerspiegel 8a mit dem Referenzstrahl 10 zur In
terferenz. Beide Teilstrahlen 10 und 11 gelangen nach Durchtritt durch
das Objektiv 1 als Abbildungs- bzw. Meßstrahlenbündel in das eigentli
che Mikroskop.The function of the device according to the invention is as follows:
A Be illuminating beam 13 penetrates after leaving the front lens 2, the glass plate 5 and is split at the divider mirror 8 a in two parts. One part is reflected and passes as a reference beam 10 after passing through the glass plate 5 on the metallic reflecting reference mirror 6 and is reflected back from there in the direction of the splitter mirror 8 a and from there again deflected in direction of the glass plate 5 . This reference beam path is identified by the corresponding arrows in FIG. 1. The other part penetrates the divider mirror 8 a and, after leaving the turret disk 7 made of transparent material, hits the surface of the object 4 as an object beam 11 . From there it arrives after reflection on the object 4 and after re-passage through the turret disk 7 and the splitter mirror 8 a with the reference beam 10 for interference. After passing through the lens 1, both partial beams 10 and 11 pass into the microscope as an imaging or measuring beam.
Da es Objekte mit extrem unterschiedlichen Reflexionswerten gibt, müßte die Reflektivität des Referenzspiegels 6 derart variabel gestal tet sein, daß sie an die Gegebenheiten des gerade untersuchten Objek tes optimal angepaßt ist, um die ansonsten auftretenden Hellig keitsprobleme zu vermeiden. Das bedeutet, daß in beiden Teilstrahlen gängen 10 und 11 möglichst gleiche Helligkeiten vorhanden sein soll ten, um einen optimalen Kontrast zu erzielen. Dies geschieht in erfin dungsgemäßer Weise nun dadurch, daß die optimale Anpassung an den je weiligen Reflexionsgrad des mikroskopischen Objektes mittels der Re volverscheibe 7 dadurch erfolgt, daß derjenige Teilerspiegel 8a bzw. 8b bzw. 8c bzw. 8d in Wirkstellung gebracht wird, der die für das auszumessende Objekt 4 optimalste R/T-Charakteristik aufweist. Durch eine derartige Anpassung mittels Betätigung der Revolverscheibe an den Reflexionswert des gerade zu untersuchenden Objektes wird insbesondere bei dunklen Objekten (sehr schwache Reflektivität) eine größere Präpa rat- und Bildhelligkeit erreicht. So ist es beispielsweise möglich, bei einem Objekt, daß einen Reflexionswert von nur 5% aufweist, eine Helligkeitserhöhung um den Faktor 2 bis 3 zu erreichen.Since there are objects with extremely different reflection values, the reflectivity of the reference mirror 6 would have to be designed so variably that it is optimally adapted to the conditions of the object being examined in order to avoid the brightness problems which would otherwise occur. This means that in both partial beams 10 and 11 should be as bright as possible to achieve optimal contrast. This is done in a manner according to the invention in that the optimal adaptation to the respective reflectance of the microscopic object by means of the volumetric disk 7 takes place in that the divider mirror 8 a or 8 b or 8 c or 8 d is brought into the operative position , which has the optimal R / T characteristic for the object 4 to be measured. Such an adjustment by actuating the turret disk to the reflection value of the object to be examined, in particular in the case of dark objects (very weak reflectivity), results in greater specimen and image brightness. For example, it is possible to increase the brightness by a factor of 2 to 3 for an object that has a reflection value of only 5%.
Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, bei Objekten, die einen Reflexi onswert im Bereich von 5% aufweisen, beispielsweise einem Kohle-Präpa rat oder einer Glasplatte, einen Teilerspiegel mit einem R/T- Verhältnis von 20/80 zu wählen. Bei Kristall-Präparaten, die beipiels weise einen Reflexionswert um 25% aufweisen, ist ein Teilerspiegel mit einem R/T-Verhältnis von 35/65 zweckmäßig. Halbleitermaterialien, die einen Reflexionswert um 50% aufweisen, sind zweckmäßigerweise mit ei nem Teilerspiegel zu untersuchen, der ein R/T-Verhältnis von 43/57 aufweist. Metallische Objekte, beispielsweise Aluminiumspiegel mit ei nem Reflexionsgrad um 85%, werden vorteilhafterweise mit einem Teiler spiegel mit einem R/T-Verhältnis von 50/50 untersucht. Darüber hinaus ist es natürlich möglich, weitere Teilerspiegel mit speziellen R/T- Charakteristiken vorzusehen.It has proven to be advantageous for objects that have a reflex have value in the range of 5%, for example a coal prep rat or a glass plate, a divider mirror with an R / T Ratio of 20/80 to choose. For crystal preparations, for example have a reflection value of around 25%, a divider mirror is included an R / T ratio of 35/65 is appropriate. Semiconductor materials that have a reflection value around 50%, are expediently with egg to investigate a divider that has an R / T ratio of 43/57 having. Metallic objects, for example aluminum mirrors with egg Reflectivity around 85%, are advantageously with a divider mirror with an R / T ratio of 50/50 examined. Furthermore it is of course possible to add further divider mirrors with special R / T To provide characteristics.
Nach einer besonders zweckmäßigen Ausführungsform der vorliegenden Er findung ist der Referenzspiegel 6 auf der Glasplatte 5 mit einer Re flektivität von vorzugsweise 85% ausgestattet. Auch hier sind Modifi zierungen möglich. Beispielsweise kann die Glasplatte 5 in dem Ansatz- Modul 12 austauschbar gehaltert sein, um sie gegen eine andere Glas platte auszutauschen, die einen Referenzspiegel mit einer anderen Re flexions-Charakteristik bzw. einer anderen geometrischen Größe auf weist. Auch ist es möglich, daß der Referenzspiegel 6 Scharfstellmar kierungen enthält, die beispielsweise als kleinformatige, linienför mige Fenster innerhalb des metallischen Spiegelbelags ausgebildet sind.According to a particularly expedient embodiment of the present invention, the reference mirror 6 on the glass plate 5 is equipped with a re flectivity of preferably 85%. Modifications are also possible here. For example, the glass plate 5 can be held interchangeably in the attachment module 12 in order to exchange it for another glass plate which has a reference mirror with a different reflection characteristic or a different geometric size. It is also possible that the reference mirror contains 6 Scharfstellmar markings, which are designed, for example, as small-sized, linienför shaped window within the metallic mirror covering.
Der erfindungsgemäße Interferenzansatz nach Mirau kann in an sich be kannter Weise am Objektiv eines Mikroskopes mittels eines Schraubenge windes bzw. eines Bajonettverschlusses lösbar adaptiert werden. Mit der erfindungsgemäßen Einrichtung ist es möglich, den Einsatzbereich von an sich bekannten Mikroskopen bezüglich spezieller Beobachtungs bzw. Meßaufgaben zu erweitern. Das erfindungsgemäße Prinzip ist indes auch in einem speziellen Mirau′schen Interferenzmikroskop verwendbar.The Mirau interference approach according to the invention can be in itself known manner on the lens of a microscope using a screw tight winds or a bayonet lock can be detachably adapted. With the device according to the invention, it is possible to use the area of microscopes known per se with regard to special observation or to expand measuring tasks. The principle according to the invention is, however also in a special Mirau interference microscope usable.
Claims (7)
20/80, 35/65, 43/57, 50/50.4. Interference approach according to at least one of the preceding claims, characterized in that on the carrier at least four divider mirrors ( 8 a- 8 c) are provided with the following reflection / transmission characteristics:
20/80, 35/65, 43/57, 50/50.
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